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气候变化让云层消失?最新研究表明:二氧化碳水平是罪魁祸首 百年内或升温12℃

作者: 发布时间:2019-06-21

加利福尼亚、秘鲁和纳米比亚海岸外的低空云层是地球上最有效的冷却系统之一,因为它们能有效地将太阳光反射回太空(大约30%被反射)。但新的气候模拟显示,大气中二氧化碳浓度的增加,可能会破坏这些云层,从而进一步加剧未来的全球变暖现象。

2月25日发表在《自然·地球科学》(Nature Geoscience)杂志上的研究结果,揭示了云与温室气体之间前所未知的相互作用:大约三倍于目前的大气二氧化碳水平,将会突然稀散和切断云层。这会带来一个恶性循环:气温升高→云变少→反射阳光减少→吸收阳光增多→气温升得更高→云变得更少…… 

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位于低空的平坦云层,也称为海洋层(marine layers)——覆盖了20%以上的亚热带海洋,反射了大约30%的太阳光线,使地球保持凉爽。而大气中二氧化碳浓度的升高可能会破坏积云层的形成,从而导致地球表面温度急剧上升,最高可达14℉(超12℃)。

在常规排放情景下,根据该模型,这可能发生在大约一个世纪(100年)左右。预测表明,除了由温室气体引起的变暖之外,一个云量较少的世界,可能会出现高达8ºC的变暖幅度。地球的气候将类似于约5600万年前的情况——当时鳄鱼在无冰的北极地区游泳,棕榈树在阿拉斯加北部生长。陆地上动植物被迫向两极迁移,海洋生物则因为海水酸化和缺氧而大量死亡。这一事件在世界各地的地层中留下了丰富的证据,史称“古新世-始新世极热事件”。

而当时二氧化碳激增的速度,只有今天的1/10。

研究报告的共同作者,帕萨迪纳加州理工学院的云动力学研究教授Tapio Schneider说:“这是对未来的警示。” “如果我们不减少排放,就有可能实现非常重大且难以逆转的气候变化。”

临界点:1200p.p.m.→100年

在海洋上聚集成大片的云被称为层积云。这次的模型他们正是模拟了高度较低、降温效果最显著的这些云层。在世界范围内,它们可以反射来自太阳的大约4%-7%的能量。但是层积云让气候建模者感到沮丧——因为它们难以在计算机程序中复制。

为了尽可能准确地模拟大规模、大尺度变化的过程(如海面温度的变化),大多数研究人员选择了简化小规模现象,包括云、雨、风暴和冰。因此,目前没有足够的计算能力来处理所有天气现象的现实场景。

而为了更准确地了解云在未来气候情景下的表现,Tapio Schneider和他的团队简化了大规模流程,并尝试尽可能准确地模拟云行为。

计算机模拟显示,云盖的消失不是一个渐进的过程,而是存在一个临界点——当大气中的二氧化碳浓度升高到1200 ppm,层积云就会变得不稳定而迅速消散。

当研究人员将目前的二氧化碳水平从百万分之400(p.p.m.)提高到超过1200p.p.m.时,地球大气变暖,密集的云层开始分裂成更小的浮云。之所以发生这种情况,是因为层积云需要将热量辐射到高层大气中以维持自身的积聚——如果大气过热,则云层会散开。

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(图源:quantamagazine.org)

“这不是危言耸听和胡说八道。”美国宇航局戈达德空间研究所(Goddard Institute for Space Studies)的云研究员安德鲁·阿克曼(Andrew Ackerman)说。 “潜在的机制完全合情合理。”

如果只考虑温室效应,临界浓度会让地球的平均气温升高4℃。而现在,如果新的气候模型是正确的,超过临界浓度之后,云盖会迅速消失,让地球表面吸收更多的光照,导致平均气温在温室效应已经升高的4℃之上,再飙升大约8℃——这将是毁灭性的!

令人困扰的意外发现

“数十年来,云层仍然是气候变化预测的主要不确定因素,包括政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)使用的模型。”印第安纳州西拉斐特普渡大学的古气候学家Matthew Huber指出。这意味着许多模型可能低估了未来的气候变化。

Huber说,Tapio Schneider及其同事提出的模型也存在类似的问题。虽然调查结果显示全球会变暖,但这些预测仍存在相当大的不确定性。他说,一些大规模的相互作用,包括海洋如何与大气交换热能和能量,被简化或忽视了。这使得很难知道层积云变得不稳定的情况下时,大气中精确的二氧化碳浓度水平。

但Tapio Schneider和其他科学家正试图解决在计算机程序中模拟地球大气层的局限性。一种方法是使用机器学习来教授全球气候模型,通过对现实世界观察和模拟进行训练来更好地表示云,这些观察和模拟详细说明了小规模过程。这可能会导致更快、更可靠的预测未来气候的方式。

佛罗里达州迈阿密大学的气象学家Paquita Zuidema说,无论这些模型预测到什么,人们都需要做好应对气候变化的准备。她说,这些转变在过去很常见,“Tapio的工作表明将来会发生另一种转变”。

Tapio Schneider指出,人类目前的碳污染速度在大约一个世纪的时间里仍然是大气层的重要发展方向。“我认为并希望技术变革能够减缓碳排放,从而使我们实际上不会达到如此高的二氧化碳浓度。” “但我们的结果表明,我们一直没有意识到存在危险的气候变化阈值。”

Huber说,这项研究提醒人们,一个更温暖的世界可能会给我们带来惊喜。“而这些惊喜并不令人愉快。”

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